روش فیلتراسیون غشایی در تصفیه فاضلاب | شرکت شاران صنعت

روش فیلتراسیون غشایی در تصفیه فاضلاب

روش فیلتراسیون غشایی در تصفیه فاضلاب

روش فیلتراسیون غشایی در تصفیه فاضلاب شامل جداسازی یا حذف مواد دانه ای و کلوئیدی از فاز مایع است. فرآیند فیلتراسیون غشایی درتصفیه فاضلاب بخشی از مواد محلول با اندازه بین ۱/۰- /۰۰۰۱ میکرون را نیز در بر می گیرد. غشاء بعنوان مانعی بین فازهای مختلف عمل کرده و برخی مواد را از خود عبور داده و عبور برخی دیگر را محدود می کند. روش فیلتراسیون غشایی به منظور جداسازی گونه های مولکولی و یونی در تصفیه فاضلاب کاربرد دارد.

 

انواع روش فیلتراسیون غشایی در تصفیه فاضلاب

فرایند فیلتراسیون غشایی در تصفیه فاضلاب به میکروفیلتراسیونMF، اولترافیلتراسیونUF، نانوفیلتراسیونNF، اسمز معکوس RO و دیالیز و الکترودیالیز ED طبقه بندی می شود. مشخصات کلی انواع فرآیند فیلتراسیون غشایی در جدول ۱ تشریح شده است. همچنین می توان فیلتراسیون غشایی در تصفیه فاضلاب را برمبنای (۱) نوع مواد سازنده غشاء، (۲) نیروی محرک، (۳) مکانیزم جداسازی و (۴) اندازه اسمی جداسازی صورت گرفته طبقه بندی کرد.

 

جدول ۱. مشخصات کلی انواع فرآیند­ فیلتراسیون غشائی در تصفیه فاضلاب

فرآیند فیلتراسیون غشائی نیروی محرکه غشاء مکانیزم جداسازی ساختار عامل (اندازه حفرات) دامنه کاربرد، توصیف جریان نفوذی مواد حذف شده
میکروفیلتراسیون اختلاف فشار هیدرواستاتیک یا خلاء در مجاری باز سرند Macropores (بیشتر از ۵۰ نانومتر) ۰/۰۸- ۲/۰ آب + مواد محلول TSS، کدورت، تک ­یاخته­ ها، کیست­ ها، باکتری­ها و ویروس­ها
اولترافیلتراسیون اختلاف فشار هیدرواستاتیک سرند Mesopores( 50- 2 نانومتر) ۰/۰۰۵- ۰/۲ آب + مولکولهای کوچک ماکرومولکول­ها، کلوئیدها، پروتئین­ها، اغلب باکتری­ها و ویروس­ها
نانوفیلتراسیون اختلاف فشار هیدرواستاتیک سرند+ محلول/ انتشار + دفع Micropores(کمتر از ۲ نانومتر) ۰/۰۰۱- ۰/۰۱ آب + مولکول­های کوچک، یون محلول مولکول­های کوچک، بخشی از سختی و ویروس­ها
اسمز معکوس اختلاف فشار هیدرولیکی محلول/ انتشار + دفع متراکم(کمتر از ۲ نانومتر) ۰/۰۰۰۱- ۰/۰۰۱ آب + مولکول­های بسیار کوچک، یون محلول مولکول­های بسیار کوچک، رنگ، سختی، سولفات­ها، نیترات، سدیم، سایر یون­ها
دیالیز اختلاف غلظت انتشار Mesopores( 50- 2) آب + مولکول­های کوچک ماکرومولکول­ها، کلوئیدها، پروتئین­ها، اغلب باکتری­ها و ویروس­ها
الکترودیالیز نیروی محرکه الکتریکی تعویض یونی با غشاهای گزینشی Micropores  

( 50- 2 نانومتر)

آب + یون محلول نمک­های یونیزه شده

غشاها از مواد مختلف آلی و غیرآلی مانند پلی پروپیلن، استات سلولز، پلی آمیدهای آروماتیک و ترکیبات لایه نازک (TFC ) ساخته می شود. نوع غشاء و شکل سیستم روش فیلتراسیون غشایی در تصفیه فاضلاب برمبنای به حداقل رساندن گرفتگی و تخریب غشاء انتخاب می شود. اندازه اسمی حفرات و وزن مولکولی (MWAC) توانایی حذف غشاء را تعیین می کنند. اندازه، شکل ذرات، بارالکتریکی و قطبیت آلاینده نیز بر میزان حذف آن در فیلتراسیون غشایی در تصفیه فاضلاب موثر است (شکل ۱). جداسازی ذرات در MF و UF از طریق سرند شدن صورت می گیرد. در NF و RO ذرات ریز توسط لایه آب جذب شده بر سطح غشاء (غشاء متراکم) دفع می شوند. گونه های یونی می توانند با انتشار از میان حفرات از غشاء عبور کنند.

 

شکل 1. مقایسه اندازه ذرات آلاینده موجود در فاضلاب و دامنه بهره برداری فرآیند فیلتراسیون غشائی در تصفیه فاضلاب

شکل ۱. مقایسه اندازه ذرات آلاینده موجود در فاضلاب و دامنه بهره برداری فرآیند فیلتراسیون غشائی در تصفیه فاضلاب

بهره برداری سیستم فرآیند فیلتراسیون غشایی در تصفیه فاضلاب

فرآیند فیلتراسیون غشایی در تصفیه فاضلاب از پمپی جهت ایجاد فشار در محلول تغذیه و چرخش آن استفاده می کند. فشار جریان تغلیظی نیز توسط شیری حفظ می شود و جریان نفوذی در فشار اتمسفر تخلیه می شود. با تجمع آلاینده ها بر روی غشاء و گرفتگی غشاء ، فشار در سمت تغذیه افزایش، شار عبوری کاهش و درصد دفع نیز کاهش می یابد. با کاهش عملکرد فرآیند فیلتراسیون غشایی به سطح مشخص، مدول غشاء از دور خارج شده و تحت Backwash و یا پاکسازی شیمیایی قرار می گیرد. شکل ۲ مدول های معمول بهره برداری فرآیند فیلتراسیون غشایی در تصفیه فاضلاب را نشان می دهند.

شکل 2. مدول معمول بهره برداری از فرآیند فیلتراسیون غشایی: (a) نانوفیلتراسیون، (b) فرآیند ترکیبی MF، UF و RO

شکل ۲. مدول معمول بهره برداری از فرآیند فیلتراسیون غشایی: (a) نانوفیلتراسیون، (b) فرآیند ترکیبی MF، UF و RO

 

کاربردهای فرآیند فیلتراسیون غشایی در تصفیه فاضلاب

در سال های اخیر کاربرد روش فیلتراسیون غشایی در تصفیه فاضلاب افزایش چشمگیری داشته است. جدول ۲ کاربردهای معمول فرآیند فیلتراسیون غشایی در تصفیه فاضلاب را ارائه می کند. شکل ۳ توانایی غشاهای مختلف در حذف مواد را مقایسه می کنند.
میکروفیلتراسیون: غشاء میکروفیلتراسیون پرکاربردترین و ارزانترین روش فیلتراسیون غشایی در تصفیه فاضلاب محسوب می شود. در حال حاضر استفاده از این فرآیند فیلتراسیون غشایی در تصفیه بیولوژیک و در فرآیندهای MBR از اهمیت بالایی برخوردار است. از میکروفیلتراسیون به منظور کاهش کدورت، حذف مواد معلق باقیمانده و کاهش میکروارگانیسم ها پیش از واحد گندزدایی و در مرحله پیش تصفیه غشاء اسمز معکوس استفاده می شود.
اولترافیلتراسیون: کاربردهای غشاء اولترافیلتراسیون بسیار مشابه میکروفیلتراسیون است. البته این فرآیند فیلتراسیون غشایی در تصفیه فاضلاب قادر به حذف برخی ترکیبات با وزن مولکولی بالا مانند کلوئیدها، پروتئین ها و کربوهیدرات ها است، اما قادر به حذف شکر و نمک نمی باشد. بزرگترین اختلاف UF و MF در توانایی غشاء اولترافیلتراسیون در حذف ویروس ها است. اصلی ترین کاربرد فرآیند فیلتراسیون غشایی اولترافیلتراسیون در صنعت، تولید آب فرآیند شستشو با خلوص بالاست.
نانوفیلتراسیون: نانوفیلتراسیون که به RO فشار پایین نیز مشهور است، قادر به حذف ذراتی با اندازه ۰/۰۰۱ میکرون است. این غشاء جهت حذف مواد محلولی مانند یون های چند ظرفیتی عامل سختی بکار می رود. مزیت این روش فیلتراسیون غشایی زدودن سختی آهکی، تولید آبی است که الزامات سختگیرانه کیفیتی آب جهت استفاده در تصفیه فاضلاب مجدد را برآورده می کند. به دلیل حذف مواد آلی و معدنی، باکتری ها و ویروس ها، مقدار ماده گندزدای مورد استفاده به حداقل می رسد.
اسمز معکوس: روش فیلتراسیون غشایی اسمز معکوس بطور گسترده در نمک زدایی کاربرد دارد. در تصفیه فاضلاب، RO به منظور حذف مواد محلول موجود در پساب تصفیه پیشرفته پس از فیلتراسیون عمقی و میکروفیلتراسیون بکار گرفته می شود. روش اسمز معکوس قادر به حذف یون ها است، اما به منظور یون زدایی از آب به فشار بالایی نیازمند است.

 

جدول ۲. کاربردهای روش فیلتراسیون غشائی در تصفیه فاضلاب

کاربرد ملاحظات
میکروفیلتراسیون و اولترافیلتراسیون
تصفیه بیولوژیک هوازی روش فیلتراسیون غشائی در جدا کردن فاضلاب تصفیه شده و توده بیولوژیکی فعال در فرآیند لجن فعال کاربرد دارد. غشاء را می توان بطور مستغرق درون راکتور ویا بیرون از آن تعبیه کرد (MBR).
تصفیه بیولوژیک بی هوازی در راکتورهای بی هوازی اختلاط کامل، جداسازی فاضلاب تصفیه­ شده و توده بیولوژیک توسط فرآیند فیلتراسیون غشائی انجام می شود.
تصفیه بیولوژیک غشاء هوادهی غشاهای صفحه و قاب، لوله ای و توخالی بمنظور تامین اکسیژن خالص به توده چسبنده در بخش خارجی غشاء کاربرد دارد (MBR).
تصفیه بیولوژیک غشااستحصالی از روش فیلتراسیون غشائی در تصفیه فاضلاب بمنظور استحصال مولکول های آلی تجزیه پذیر از ترکیبات غیرآلی مانند اسید­ها، بازها و نمک ها درون جریان فاضلاب و تصفیه بیولوژیک آن ها استفاده می شود (EMBR).
پیش تصفیه بمنظور گندزدایی موثر جهت حذف مواد جامد معلق از پساب ته نشینی یا پساب فیلتر­های عمیق و سطحی و دستیابی به گند­زدایی مناسب و استفاده مجدد بکار می رود.
پیش­ تصفیه جریان نانوفیلتراسیون و اسمز معکوس میکروفیلترها به عنوان پیش ­تصفیه فرآیند­های اضافی و حذف کلوئیدها و جامدات معلق باقیمانده مورد استفاده قرار می گیرند.
نانوفیلتراسیون
استفاده مجدد از پساب در تصفیه پساب فیلترشده (معمولاً در میکروفیلتراسیون) بمنظور استفاده مجدد در مصارف شرب غیرمستقیم مانند تزریق در آب زیرزمینی کاربرد دارد. در نانوفیلتراسیون گندزدایی نیز رخ می دهد.
رفع سختی فاضلاب در کاهش غلظت یون های چند ظرفیتی عامل سختی و استفاده مجدد بکار می­رود.
اسمز معکوس
استفاده مجدد از پساب در تصفیه پساب فیلترشده (معمولاً در میکروفیلتراسیون) بمنظور استفاده مجدد در مصارف شرب غیرمستقیم مانند تزریق در آب زیرزمینی کاربرد دارد. در اسمز معکوس گندزدایی نیز رخ می دهد.
توزیع پساب فرآیند فیلتراسیون غشایی اسمز معکوس توانایی حذف مقدار زیادی از ترکیبات خاص مانند NDMA را داراست.
تصفیه دو مرحله­ ای در دیگ های بخار از فرآیند فیلتراسیون غشایی اسمز معکوس دو مرحله­ ای جهت تولید آب مناسب در دیگ های بخار فشار بالا استفاده می شود.

 

مقایسه مواد عبوری از انواع مختلف فرآیند فیلتراسیون غشایی در تصفیه فاضلاب

شکل ۳. مقایسه مواد عبوری از انواع مختلف فرآیند فیلتراسیون غشایی در تصفیه فاضلاب

 

الکترودیالیز: الکترودیالیز فرآیند فیلتراسیون غشایی جداسازی الکتروشیمیایی است که در آن نمک های معدنی و یون ها از میان غشاهای گزینش یونی از محلولی به محلول دیگر منتقل می شوند. نیروی محرکه این روش فیلتراسیون غشایی در تصفیه فاضلاب پتانسیل الکتریکی جریان مستقیم (DC) است. نکته کلیدی الکترودیالیز، غشاهای گزینش یونی است که از جنس رزین های تبادل یونی ساخته می شوند. غشاهای تبادل یونی که اجازه عبور یون های مثبتی مانند سدیم و پتاسیم را می دهند غشاء کاتیونی و غشاهای تبادل یونی که اجازه عبور یون های منفی مانند کلر و فسفات را می دهند غشاء آنیونی می نامند. در الکترودیالیز غشاهای کاتیونی و آنیونی بطور متناوب درون یک مجموعه قرار می گیرند. الکترود مثبت (آنود) در یک سمت و الکترود منفی (کاتد) در سمت دیگر آن تعبیه می شود (شکل ۴). با اعمال جریان مستقیم، پتانسیل الکتریکی ایجاد شده به نیروی محرکه حرکت یون ها تبدیل می شود درحالی که غشاها مانع عبور یون هایی با بار مخالف هستند. بنابراین آنیون هایی که به سمت آند حرکت می کنند از غشاهای آنیونی عبور می کنند اما در اولین برخورد با غشاء کاتیونی متوقف می شوند. به همین ترتیب کاتیون هایی که به سمت کاتد در حرکت اند از غشاهای کاتدی عبور کرده اما پشت اولین غشا آنیونی متوقف می شوند. به این ترتیب، غشاها بخش های رقیق یونی و تغلیظ یونی را شکل می دهند. مقدار جامدات حذف شده بر اساس (۱) دمای فاضلاب، (۲) جریان الکتریکی عبوری، (۳) نوع و مقدار یون ها، (۴) نفوذ گزینشی غشاء، (۵) پتانسیل گرفتگی و پوسته شدن فاضلاب، (۶) نرخ جریان فاضلاب و (۷) تعداد و شکل مراحل روش فیلتراسیون غشایی، متغیر است. بخشی از جریان تغلیظی بمنظور حفظ نرخ جریان و فشار بر هر دو سطح غشاء به این سیستم بازگردانده می شود. همچنین جهت حفظ pH پایین و به حداقل رساندن پدیده پوسته شدگی، به جریان تغلیظی بازگشتی اسید سولفوریک اضافه می شود. همچنین جهت شستشوی دائم غشا به اضافه کردن حدود ۱۰ درصد آب به جریان ورودی نیاز است.

در روش فیلتراسیون غشایی الکترودیالیز معکوس با تغییر دوره ای قطب ها، جریان تغلیظی و رقیق جایگزین یکدیگر می شوند. به این ترتیب فرآیند پیوسته پاکسازی ایجاد خواهد شد و با عبور آب پاک از بخش هایی از سیستم فیلتراسیون غشایی که پیشتر با فاضلاب تغلیظی پر شده بودند، کلیه گرفتگی ها و پوسیدگی ها برطرف می گردد. تخلیه آب پاک از این روش فیلتراسیون غشایی برای مدت کوتاهی پس از هر عمل معکوس سازی متوقف می شود. این روش در حذف پوسته ها، لجن و سایر مواد تجمع یافته مناسب است.

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *